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《飛行安全理論與分析》主要從複雜動力學系統安全性模擬的角度，論述了與飛行安全相關的理論方法。其中就影響飛行安全的人為因素、裝備故障、外部環境等進行了重點的敘述，並介紹了基於複雜系統模擬的人-機-環飛行安全量化評估的模型、理論和方法，為航空器系統安全性預計和理論驗證提供參考。在《飛行安全理論與分析》的最後介紹了航空器飛行安全邊界保護的理論與方法。
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從事航空器飛行安全理論分析和飛行安全保障研究的相關人員，航空器飛行安全理論研究、飛機設計製造和使用維護等專業技術人員、高等院校航空工程相關專業的教師和研究生
目次
目錄
前言
**篇 人為因素對飛行安全的影響
章 航空系統中人為因素綜述 3
1.1 人為因素的定義 5
1.2 人為因素的分類 5
1.2.1 人員分類 5
1.2.2 因素分類 6
1.3 飛行中人的因素的性質及相關學科 7
1.3.1 飛行中人的因素的學科組成 7
1.3.2 飛行中人的因素的性質 9
1.4 典型人因失誤事故模型 9
1.4.1 瑟利模型 9
1.4.2 威格裡斯沃斯模型 12
1.4.3 變化-失誤模型 12
1.4.4 SHEL模型 14
1.5 人為因素造成飛行事故統計分析 16
1.5.1 基於人為因素的民航飛行事故原因統計 16
1.5.2 基於人為因素的事故徵候分析 21
第2章 飛行機組人員差錯對飛行安全的影響及預防措施 24
2.1 典型飛行機組人員差錯 24
2.2 駕駛員對飛行安全的影響 25
2.2.1 駕駛員的生理狀況對飛行安全的影響 25
2.2.2 駕駛員的其他狀況對飛行安全的影響 32
2.2.3 駕駛員團隊合作意識對飛行安全的影響 33
2.3 駕駛員模型 35
2.3.1 駕駛員的操縱行為 36
2.3.2 ANN駕駛員模型 40
2.3.3 航線飛行的駕駛員操縱模型 44
2.3.4 著陸下滑階段的駕駛員操縱模型 44
2.3.5 不利因素出現後特殊情況駕駛員操縱模型 46
2.3.6 駕駛員滯後失誤時間模型 48
2.3.7 駕駛員反操縱失誤模型 49
2.3.8 駕駛員目測高/低模型 49
2.4 飛行機組人員在預防飛行事故方面的主要措施 49
2.4.1 提高空勤組安全性的工作重點 50
2.4.2 在學習飛行中應類比的內容 50
第3章 地面維護保障人員差錯對飛行安全影響及預防措施 51
3.1 地面維護保障人員及其典型差錯分析 51
3.2 機務人員維修差錯的原因 52
3.2.1 維修人員意識水準的影響 52
3.2.2 自然環境對人的影響 53
3.2.3 航空人員自身素質的影響 54
3.3 維修人員失誤結構模型 54
3.4 地面維護人員維修差錯對飛行安全的影響 56
3.5 維修人員培訓大綱 56
3.6 地面維護保障人員在預防飛行事故方面的主要措施 57
第4章 管理人員差錯影響飛行安全及預防措施 59
4.1 管理人員及其典型差錯分析 59
4.1.1 空中交通管制人員 59
4.1.2 飛行工作組織人員 61
4.1.3 飛行工作管理人員 61
4.2 空管人員失誤模型 61
4.3 管理人員失誤對飛行安全的影響 62
4.4 管理人員在預防飛行事故方面的主要措施 63
4.4.1 機場技術保障 63
4.4.2 通信和無線電技術保障 64
4.4.3 氣象保障和防鳥保障 64
4.4.4 醫務保障 65
第二篇 裝備故障對飛行安全的影響
第5章 航空裝備故障對飛行安全影響綜述 69
5.1 研究意義 69
5.2 飛機系統的組成 70
5.2.1 民航飛機系統組成 70
5.2.2 軍用飛機系統組成 71
第6章 操縱系統與飛行安全 73
6.1 飛機操縱系統的發展歷程與飛行安全 73
6.1.1 機械操縱系統 73
6.1.2 增穩系統與控制增穩系統 75
6.1.3 電傳操縱系統 77
6.2 電傳操縱系統及其典型故障建模分析 79
6.3 案例：某型飛機橫向操縱系統故障對飛行安全的影響 82
6.3.1 橫向操縱系統故障模型建立 82
6.3.2 橫向操縱系統故障後的飛行風險評估 84
6.4 案例：某型飛機橫向電傳操縱系統安全性設計 89
6.4.1 飛機級功能危險分析 90
6.4.2 橫向電傳操縱系統安全性評估 93
6.4.3 共模故障分析 102
第7章 航空發動機故障對飛行安全的影響 104
7.1 航空發動機類型及其發展歷程 104
7.2 航空發動機建模方法 104
7.2.1 推力等級預設法 105
7.2.2 燃油流量數學模型 109
7.2.3 高壓轉子轉速N2數學模型 110
7.2.4 推力數學模型 111
7.3 航空發動機典型故障模型 112
7.3.1 航空發動機故障種類 112
7.3.2 航空發動機故障建模 112
7.4 航空發動機故障對飛行安全影響的建模 116
第8章 機載軟體系統故障對飛行安全的影響 118
8.1 機載軟體系統安全性的研究背景及意義 118
8.2 機載軟體系統需求分析與分類 119
8.2.1 需求資訊組織結構 119
8.2.2 非功能性需求分析 123
8.2.3 需求分類 124
8.3 機載軟體系統安全性需求變更影響分析 125
8.4 安全性需求一致性分析 129
8.5 飛控軟體虛擬試飛驗證與安全性評估方法 137
8.5.1 飛控軟體致災機理分析 138
8.5.2 基於虛擬試飛的安全性測試與驗證流程 140
第三篇 外部環境對飛行安全的影響
第9章 外部環境對航空裝備飛行安全影響綜述 145
9.1 大氣紊流 145
9.2 風切變與微下擊暴流 145
9.3 結冰 146
9.4 尾流 147
9.5 其他環境 148
9.5.1 雷電 148
9.5.2 鳥撞 150
0章 大氣紊流對飛行安全的影響 153
10.1 大氣紊流基本概念和假設 153
10.2 大氣紊流速度的相關函數和頻譜函數 153
10.2.1 大氣紊流速度的相關函數 153
10.2.2 大氣紊流速度的頻譜函數 155
10.2.3 大氣紊流速度的尺度和強度 156
10.3 大氣紊流速度梯度的頻譜函數 158
10.4 飛機對大氣紊流的回應分析 160
10.4.1 大氣紊流速度場的線化 160
10.4.2 大氣紊流速度的氣動等價作用 161
10.4.3 飛機的運動方程和傳遞函數 164
10.4.4 飛機對大氣紊流的回應特性計算 168
10.5 大氣紊流的模擬 174
10.5.1 白色雜訊的濾波結果 174
10.5.2 大氣紊流速度的類比 175
1章 風切變與微下擊暴流對飛行安全的影響 177
11.1 風切變與微下擊暴流基本概念 177
11.2 風切變與微下擊暴流建模分析 177
11.2.1 工程化模型 177
11.2.2 單個風場模型 178
11.2.3 中心軸處的誘導速度計算 180
11.2.4 渦核內部的誘導速度計算 180
11.2.5 微下擊暴流風場的不規則變換與風速疊加 180
11.3 風切變與微下擊暴流對飛行安全的模擬分析 181
11.4 風切變保護措施 183
11.4.1 風切變判斷依據 183
11.4.2 風切變的應對措施 184
2章 結冰對飛行安全的影響 186
12.1 飛機結冰形成概況 186
12.1.1 結冰的形成機理 186
12.1.2 大氣結冰條件 187
12.1.3 翼面結冰冰形分類 188
12.1.4 結冰的強度與程度 190
12.2 結冰的建模分析 191
12.2.1 均勻結冰模型 191
12.2.2 不對稱結冰模型 192
12.3 機翼結冰對飛行安全的影響 193
12.3.1 機翼結冰的危害 193
12.3.2 機翼結冰對飛機動力學回應的影響 195
12.4 平尾結冰對飛行安全的影響 201
12.4.1 平尾結冰的危害 201
12.4.2 平尾結冰對飛機動力學回應的影響 202
12.5 發動機進氣道結冰對飛行安全的影響 206
12.6 空速管結冰對飛行安全的影響 208
12.7 結冰預防及保護措施 208
12.7.1 傳統研究方法 208
12.7.2 容冰控制方法 209
12.7.3 不同險情下的飛行操縱建議 209
3章 尾流對飛行安全的影響 213
13.1 尾流基本概念 213
13.2 尾流的建模分析 213
13.2.1 近距尾流數學模型 213
13.2.2 長波不穩定階段模型 215
13.2.3 渦環階段模型 217
13.3 尾流對飛行安全影響的模擬計算 218
第四篇 基於複雜系統模擬的飛行風險量化分析
4章 基於虛擬飛行模擬飛行事故再現方法 225
14.1 飛行事故虛擬再現系統設計思路 226
14.2 基於決定性參數超限的事故起因 227
14.2.1 決定性參數概念 227
14.2.2 決定性參數超限類型 227
14.2.3 決定性參數綜合限制函數 228
14.3 基於HLA的虛擬飛行模擬飛行事故再現 229
14.4 案例分析 230
14.4.1 飛機運動方程 230
14.4.2 人-機系統模型 230
14.4.3 3D模型的構建 231
14.4.4 事故原因的解算 232
14.4.5 事故過程的虛擬再現 233
14.5 討論 235
5章 飛行安全分析與模擬模型 236
15.1 改進的多因素耦合情形瑪律可夫狀態轉移模型 236
15.1.1 不利因素不可修復的瑪律可夫綜合評估模型 236
15.1.2 不利因素可修復時對瑪律可夫模型的修正 238
15.1.3 不利因素可能修復時對瑪律可夫模型的修正 239
15.1.4 訓練科目綜合應用案例研究 240
15.2 多因素風險情形樹評估模型 244
15.2.1 傳統理論方法的局限性 244
15.2.2 多因素風險情形樹模型的基本概念 246
15.2.3 多因素風險情形樹的建模方法和計算方法 247
15.2.4 多因素風險情形樹的數學推導 248
15.3 多因素複雜任務科目綜合風險評估流程 253
15.4 試飛風險科目綜合應用案例研究 254
15.4.1 國軍標規範中關於試飛風險科目的要求 254
15.4.2 試飛風險科目潛在危險分析 255
15.4.3 風險定量評估和結果分析 255
6章 飛行風險評估方法 260
16.1 飛行安全評估判據與風險評估標準 260
16.1.1 飛行安全評估判據 260
16.1.2 風險評價等級 260
16.2 基於單參數極值理論的小概率事件風險評估模型 263
16.2.1 小概率事件尾部分佈規律 264
16.2.2 極值分佈理論模型及漸進分佈模型 267
16.2.3 擬合分佈函數參數優化及擬合優度檢驗 270
16.2.4 極值理論的基本步驟 272
16.3 基於多元極值Copula理論的飛行風險定量評估 274
16.3.1 Copula相關理論及性質 275
16.3.2 阿基米德Copula函數族 278
16.3.3 多元極值Cop
前言
**篇 人為因素對飛行安全的影響
章 航空系統中人為因素綜述 3
1.1 人為因素的定義 5
1.2 人為因素的分類 5
1.2.1 人員分類 5
1.2.2 因素分類 6
1.3 飛行中人的因素的性質及相關學科 7
1.3.1 飛行中人的因素的學科組成 7
1.3.2 飛行中人的因素的性質 9
1.4 典型人因失誤事故模型 9
1.4.1 瑟利模型 9
1.4.2 威格裡斯沃斯模型 12
1.4.3 變化-失誤模型 12
1.4.4 SHEL模型 14
1.5 人為因素造成飛行事故統計分析 16
1.5.1 基於人為因素的民航飛行事故原因統計 16
1.5.2 基於人為因素的事故徵候分析 21
第2章 飛行機組人員差錯對飛行安全的影響及預防措施 24
2.1 典型飛行機組人員差錯 24
2.2 駕駛員對飛行安全的影響 25
2.2.1 駕駛員的生理狀況對飛行安全的影響 25
2.2.2 駕駛員的其他狀況對飛行安全的影響 32
2.2.3 駕駛員團隊合作意識對飛行安全的影響 33
2.3 駕駛員模型 35
2.3.1 駕駛員的操縱行為 36
2.3.2 ANN駕駛員模型 40
2.3.3 航線飛行的駕駛員操縱模型 44
2.3.4 著陸下滑階段的駕駛員操縱模型 44
2.3.5 不利因素出現後特殊情況駕駛員操縱模型 46
2.3.6 駕駛員滯後失誤時間模型 48
2.3.7 駕駛員反操縱失誤模型 49
2.3.8 駕駛員目測高/低模型 49
2.4 飛行機組人員在預防飛行事故方面的主要措施 49
2.4.1 提高空勤組安全性的工作重點 50
2.4.2 在學習飛行中應類比的內容 50
第3章 地面維護保障人員差錯對飛行安全影響及預防措施 51
3.1 地面維護保障人員及其典型差錯分析 51
3.2 機務人員維修差錯的原因 52
3.2.1 維修人員意識水準的影響 52
3.2.2 自然環境對人的影響 53
3.2.3 航空人員自身素質的影響 54
3.3 維修人員失誤結構模型 54
3.4 地面維護人員維修差錯對飛行安全的影響 56
3.5 維修人員培訓大綱 56
3.6 地面維護保障人員在預防飛行事故方面的主要措施 57
第4章 管理人員差錯影響飛行安全及預防措施 59
4.1 管理人員及其典型差錯分析 59
4.1.1 空中交通管制人員 59
4.1.2 飛行工作組織人員 61
4.1.3 飛行工作管理人員 61
4.2 空管人員失誤模型 61
4.3 管理人員失誤對飛行安全的影響 62
4.4 管理人員在預防飛行事故方面的主要措施 63
4.4.1 機場技術保障 63
4.4.2 通信和無線電技術保障 64
4.4.3 氣象保障和防鳥保障 64
4.4.4 醫務保障 65
第二篇 裝備故障對飛行安全的影響
第5章 航空裝備故障對飛行安全影響綜述 69
5.1 研究意義 69
5.2 飛機系統的組成 70
5.2.1 民航飛機系統組成 70
5.2.2 軍用飛機系統組成 71
第6章 操縱系統與飛行安全 73
6.1 飛機操縱系統的發展歷程與飛行安全 73
6.1.1 機械操縱系統 73
6.1.2 增穩系統與控制增穩系統 75
6.1.3 電傳操縱系統 77
6.2 電傳操縱系統及其典型故障建模分析 79
6.3 案例：某型飛機橫向操縱系統故障對飛行安全的影響 82
6.3.1 橫向操縱系統故障模型建立 82
6.3.2 橫向操縱系統故障後的飛行風險評估 84
6.4 案例：某型飛機橫向電傳操縱系統安全性設計 89
6.4.1 飛機級功能危險分析 90
6.4.2 橫向電傳操縱系統安全性評估 93
6.4.3 共模故障分析 102
第7章 航空發動機故障對飛行安全的影響 104
7.1 航空發動機類型及其發展歷程 104
7.2 航空發動機建模方法 104
7.2.1 推力等級預設法 105
7.2.2 燃油流量數學模型 109
7.2.3 高壓轉子轉速N2數學模型 110
7.2.4 推力數學模型 111
7.3 航空發動機典型故障模型 112
7.3.1 航空發動機故障種類 112
7.3.2 航空發動機故障建模 112
7.4 航空發動機故障對飛行安全影響的建模 116
第8章 機載軟體系統故障對飛行安全的影響 118
8.1 機載軟體系統安全性的研究背景及意義 118
8.2 機載軟體系統需求分析與分類 119
8.2.1 需求資訊組織結構 119
8.2.2 非功能性需求分析 123
8.2.3 需求分類 124
8.3 機載軟體系統安全性需求變更影響分析 125
8.4 安全性需求一致性分析 129
8.5 飛控軟體虛擬試飛驗證與安全性評估方法 137
8.5.1 飛控軟體致災機理分析 138
8.5.2 基於虛擬試飛的安全性測試與驗證流程 140
第三篇 外部環境對飛行安全的影響
第9章 外部環境對航空裝備飛行安全影響綜述 145
9.1 大氣紊流 145
9.2 風切變與微下擊暴流 145
9.3 結冰 146
9.4 尾流 147
9.5 其他環境 148
9.5.1 雷電 148
9.5.2 鳥撞 150
0章 大氣紊流對飛行安全的影響 153
10.1 大氣紊流基本概念和假設 153
10.2 大氣紊流速度的相關函數和頻譜函數 153
10.2.1 大氣紊流速度的相關函數 153
10.2.2 大氣紊流速度的頻譜函數 155
10.2.3 大氣紊流速度的尺度和強度 156
10.3 大氣紊流速度梯度的頻譜函數 158
10.4 飛機對大氣紊流的回應分析 160
10.4.1 大氣紊流速度場的線化 160
10.4.2 大氣紊流速度的氣動等價作用 161
10.4.3 飛機的運動方程和傳遞函數 164
10.4.4 飛機對大氣紊流的回應特性計算 168
10.5 大氣紊流的模擬 174
10.5.1 白色雜訊的濾波結果 174
10.5.2 大氣紊流速度的類比 175
1章 風切變與微下擊暴流對飛行安全的影響 177
11.1 風切變與微下擊暴流基本概念 177
11.2 風切變與微下擊暴流建模分析 177
11.2.1 工程化模型 177
11.2.2 單個風場模型 178
11.2.3 中心軸處的誘導速度計算 180
11.2.4 渦核內部的誘導速度計算 180
11.2.5 微下擊暴流風場的不規則變換與風速疊加 180
11.3 風切變與微下擊暴流對飛行安全的模擬分析 181
11.4 風切變保護措施 183
11.4.1 風切變判斷依據 183
11.4.2 風切變的應對措施 184
2章 結冰對飛行安全的影響 186
12.1 飛機結冰形成概況 186
12.1.1 結冰的形成機理 186
12.1.2 大氣結冰條件 187
12.1.3 翼面結冰冰形分類 188
12.1.4 結冰的強度與程度 190
12.2 結冰的建模分析 191
12.2.1 均勻結冰模型 191
12.2.2 不對稱結冰模型 192
12.3 機翼結冰對飛行安全的影響 193
12.3.1 機翼結冰的危害 193
12.3.2 機翼結冰對飛機動力學回應的影響 195
12.4 平尾結冰對飛行安全的影響 201
12.4.1 平尾結冰的危害 201
12.4.2 平尾結冰對飛機動力學回應的影響 202
12.5 發動機進氣道結冰對飛行安全的影響 206
12.6 空速管結冰對飛行安全的影響 208
12.7 結冰預防及保護措施 208
12.7.1 傳統研究方法 208
12.7.2 容冰控制方法 209
12.7.3 不同險情下的飛行操縱建議 209
3章 尾流對飛行安全的影響 213
13.1 尾流基本概念 213
13.2 尾流的建模分析 213
13.2.1 近距尾流數學模型 213
13.2.2 長波不穩定階段模型 215
13.2.3 渦環階段模型 217
13.3 尾流對飛行安全影響的模擬計算 218
第四篇 基於複雜系統模擬的飛行風險量化分析
4章 基於虛擬飛行模擬飛行事故再現方法 225
14.1 飛行事故虛擬再現系統設計思路 226
14.2 基於決定性參數超限的事故起因 227
14.2.1 決定性參數概念 227
14.2.2 決定性參數超限類型 227
14.2.3 決定性參數綜合限制函數 228
14.3 基於HLA的虛擬飛行模擬飛行事故再現 229
14.4 案例分析 230
14.4.1 飛機運動方程 230
14.4.2 人-機系統模型 230
14.4.3 3D模型的構建 231
14.4.4 事故原因的解算 232
14.4.5 事故過程的虛擬再現 233
14.5 討論 235
5章 飛行安全分析與模擬模型 236
15.1 改進的多因素耦合情形瑪律可夫狀態轉移模型 236
15.1.1 不利因素不可修復的瑪律可夫綜合評估模型 236
15.1.2 不利因素可修復時對瑪律可夫模型的修正 238
15.1.3 不利因素可能修復時對瑪律可夫模型的修正 239
15.1.4 訓練科目綜合應用案例研究 240
15.2 多因素風險情形樹評估模型 244
15.2.1 傳統理論方法的局限性 244
15.2.2 多因素風險情形樹模型的基本概念 246
15.2.3 多因素風險情形樹的建模方法和計算方法 247
15.2.4 多因素風險情形樹的數學推導 248
15.3 多因素複雜任務科目綜合風險評估流程 253
15.4 試飛風險科目綜合應用案例研究 254
15.4.1 國軍標規範中關於試飛風險科目的要求 254
15.4.2 試飛風險科目潛在危險分析 255
15.4.3 風險定量評估和結果分析 255
6章 飛行風險評估方法 260
16.1 飛行安全評估判據與風險評估標準 260
16.1.1 飛行安全評估判據 260
16.1.2 風險評價等級 260
16.2 基於單參數極值理論的小概率事件風險評估模型 263
16.2.1 小概率事件尾部分佈規律 264
16.2.2 極值分佈理論模型及漸進分佈模型 267
16.2.3 擬合分佈函數參數優化及擬合優度檢驗 270
16.2.4 極值理論的基本步驟 272
16.3 基於多元極值Copula理論的飛行風險定量評估 274
16.3.1 Copula相關理論及性質 275
16.3.2 阿基米德Copula函數族 278
16.3.3 多元極值Cop
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